DE19742055C2 - Device for testing circuit boards - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 ge nannten Art.The invention relates to a device of the ge in the preamble of claim 1 called Art.
Eine nicht gattungsgemäße Vorrichtung ist aus der US 5,254,953 A bekannt. Dabei dienen die erste Elektrode und das zu testende Bauelement als Platten ei nes Kondensators, dessen Kapazität mit der Vorrichtung durch Ladungsänderung auf dem Kondensator bestimmt wird. Dazu muß der Meßverstärker eine Strom messung ausführen, und zwar in einer Verbindungsleitung zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode, als die bei der bekannten gattungsgemäßen Vorrichtung die Masse der zu testenden Schaltung auf einer Platine dient. Die Meßvorrichtung ist also galvanisch mit der Schaltung verbunden.A device of the generic type is known from US Pat. No. 5,254,953 A. The first electrode and the component to be tested serve as plates nes capacitor, its capacity with the device by changing the charge is determined on the capacitor. To do this, the measuring amplifier must have a current Carry out the measurement in a connecting line between the first Electrode and the second electrode than that of the known generic Device serves the mass of the circuit to be tested on a circuit board. The Measuring device is therefore galvanically connected to the circuit.
Mit dieser Vorrichtung können Bauelemente z. B. mit einer elektrischen Schal tung bestückte Platinen auf korrekte Bestückung überprüft werden. Ist das zu te stende Bauelement z. B. durch mangelnde Verlötung oder Leitungsunterbrechung nicht ordnungsgemäß kontaktiert, so wird nur die wesentlich kleinere Kapazität gegenüber weiter entfernten Bauelementen, z. B. der Zuführungsleitung, jenseits der Unterbrechung bestimmt.With this device components z. B. with an electric scarf PCBs are checked for correct assembly. Is that too bad? continuous component z. B. due to insufficient soldering or wire break not properly contacted, so only the much smaller capacity towards more distant components, e.g. B. the supply line, beyond the interruption.
Vorteilhaft bei gattungsgemäßen Vorrichtungen ist die nicht erforderliche galva nische, also mechanische Kontaktierung zwischen der ersten Elektrode und dem Bauelement. Es sind keine gut leitenden Kontaktflächen auf dem Bauelement erforderlich. Oxydschichten stören z. B. nicht. Auch kann durch Isolierschichten oder nicht leitende Gehäuse hindurch gemessen werden.The advantage of the generic devices is that the galva is not required African, ie mechanical contact between the first electrode and the Component. There are no good conductive contact surfaces on the component required. Oxide layers interfere with e.g. B. not. Can also through insulating layers or non-conductive housings are measured.
Da der Meßabstand in die gemessene Kapazität eingeht, können bei exakter Po sitionierung der ersten Elektrode geometrische Abweichungen des zu testenden Bauelementes bestimmt werden, z. B. durch Verbiegen, schiefe Bestückung oder dergleichen. Es können auch Steckkontakte gemessen werden, die nur für einma lige Kontaktierung ausgelegt sind und daher nicht z. B. mit einem Teststecker me chanisch belastet werden dürfen.Since the measuring distance is included in the measured capacitance, with an exact Po sitioning of the first electrode geometric deviations of the to be tested Component are determined, for. B. by bending, crooked assembly or the like. It is also possible to measure plug contacts that are only suitable for one size current contacting are designed and therefore not z. B. with a test plug me may be burdened with
Nachteilig bei der bekannten Vorrichtung ist das kapazitive Meßverfahren, das zur Ladungsverschiebung auf dem Kondensator Stromfluß in der Schaltung vor aussetzt. Dieser Strom fließt bei komplizierteren Schaltungen regelmäßig auch durch andere Bauelemente, deren mögliche Fehlerabweichungen in das Meßer gebnis eingehen. Da der Meßverstärker den Strom gegen die Schaltungsmasse bestimmt, liegt außerdem immer eine Kapazität zwischen der ersten Elektrode und der Schaltungsmasse parallel zur Meßkapazität. Diese störende Parallelkapa zität ist aber regelmäßig größer als die Meßkapazität, so daß Abweichungen in der parallelen Kapazität gegen Masse größere Abweichungen hervorrufen. Au ßerdem ist eine große Meßempfindlichkeit erforderlich, um die kleinen Abwei chungen der Meßkapazität in der großen Gesamtkapazität (Meßkapazität + viel größere Kapazität gegen Masse) bestimmen zu können.A disadvantage of the known device is the capacitive measuring method for the charge shift on the capacitor current flow in the circuit before suspends. This current also flows regularly in more complicated circuits through other components, their possible error deviations in the knife result. Since the measuring amplifier the current against the circuit ground determined, there is also always a capacitance between the first electrode and the circuit ground parallel to the measuring capacitance. This annoying parallel kapa but is usually larger than the measuring capacity, so that deviations in the parallel capacitance to mass cause larger deviations. Au In addition, a high level of measurement sensitivity is required to ensure the small deviation of the measuring capacity in the large total capacity (measuring capacity + much larger capacity against mass).
Eine gattungsgemäße Testvorrichtung ist aus der DE 26 39 831 A bekannt. Bei dieser bekannten Vorrichtung wird in gattungsgemäßer Weise das bei elektrischer Beaufschlagung mittels einer Stimuliereinrichtung vom Bauele ment erzeugte Feld mit einer Feldsonde ausgemessen. Als Feldsonde dient bei dieser bekannten Konstruktion eine Spule, die ausschließlich auf die magnetische Feldkomponente des vom Bauelement erzeugten elektromagnetischen Feldes an spricht. Magnetische Felder werden aber nur bei Stromfluß im Bauelement er zeugt. Folglich muß die Stimuliereinrichtung so ausgebildet sein, daß im Bau element ein Stromfluß erzeugt wird. Damit ergeben sich wieder ähnliche Nach teile wie bei der zuvor beschriebenen kapazitiven Meßmethode. Alle benachbar ten, ebenfalls stromdurchflossenen Bauelemente einer bestückten Schaltung kön nen z. B. stören. Bauelemente, die aus bestimmten Gründen nicht korrekt ange schlossen und somit nicht von Strom durchflossen werden können, können über haupt nicht getestet werden. Ferner ist durch die bauartbedingte Größe der Spule die örtliche Auflösung des Testverfahrens begrenzt.A generic test device is from DE 26 39 831 A. known. In this known device that is in a generic manner in the case of electrical loading by means of a stimulation device from the component ment generated field measured with a field probe. Serves as a field probe this known construction a coil that is exclusively based on the magnetic Field component of the electromagnetic field generated by the component speaks. However, magnetic fields are only generated when current flows in the component testifies. Consequently, the stimulation device must be designed so that under construction element a current flow is generated. This results in similar effects parts as in the capacitive measuring method described above. All neighboring th, also current-carrying components of an assembled circuit can z. B. disturb. Components that are incorrectly indicated for certain reasons closed and therefore cannot be traversed by electricity, can not to be tested at all. Furthermore, due to the design-related size of the coil the local resolution of the test procedure is limited.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine gattungsgemäße Vor richtung unter Beibehaltung der Vorteile berührungsloser Messung mit größerer Nachweisempfindlichkeit von Abweichungen am zu testenden Bauelement bei kleinerer Empfindlichkeit gegen sonstige Abweichungen in der Schaltung zu schaffen.The object of the present invention is to provide a generic type direction while maintaining the advantages of non-contact measurement with larger Detection sensitivity of deviations on the component to be tested less sensitivity to other deviations in the circuit create.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 ge löst.This object is achieved according to the invention with the features of claim 1 solves.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird mit den beiden Elektroden eine Spannung zwischen zwei Punkten in dem elektrischen Feld bestimmt, das von dem spannungsbeaufschlagten Bauelement erzeugt wird. Die Erzeugung eines magnetischen Feldes und somit Stromfluß im Bauelement ist nicht erforderlich. Es reicht daher aus, das Bauelement bzw. eine mit Bauelementen besetzte Schaltung mit nur einem Leiter zu kontaktieren. Es kann eine Gleichspannung und somit ein erzeugtes rein elektrostatisches Feld verwendet werden. Die beiden Elektroden bilden eine Feldsonde, mit der die Feldgeometrie um das Bauelement hochgenau ausgemessen werden kann. Dazu können beide Elektroden oder vor zugsweise eine dem Bauelement benachbarte Elektrode bewegt werden. Nahe dem zu testenden Bauelement hängt das Feld im wesentlichen nur von diesem ab. Ist das Bauelement z. B. durch mangelnde Verlötung oder Leitungsunterbrechung nicht an die Stimulusspannung angeschlossen, so ergeben sich starke Feldabwei chungen, die gegenüber dem Sollzustand - z. B. ermittelt durch eine vorherige Messung an einer korrekt arbeitenden Platine - sehr einfach nachweisbar sind. Formabweichungen am zu testenden Bauelement, z. B. Schieflage, Verbiegung etc., können durch die sich ergebenden Feldabweichungen sehr einfach detektiert werden. Andere Bauelemente stören wenig aufgrund ihrer geometrisch entfern ten, das Feld wenig beeinflussenden Lage, insbesondere, wenn im Nahfeld um das zu testende Bauelement gemessen wird. Der Meßprozeß erzeugt nicht not wendigerweise Ströme in der Schaltung und dadurch bedingte Meßfehler. Wie beim gattungsgemäßen Stand der Technik entfällt jede Kontaktierung der Schal tung durch die Elektroden. Es sind keine gut kontaktierbaren Oberflächen nötig. In the device according to the invention, one is made with the two electrodes Voltage between two points in the electric field determined by the stressed component is generated. The generation of a magnetic field and thus current flow in the component is not required. It is therefore sufficient for the component or one occupied by components Contact circuit with only one conductor. It can be a DC voltage and thus a generated purely electrostatic field can be used. The two Electrodes form a field probe with which the field geometry around the component can be measured with high precision. You can use both electrodes or in front preferably an electrode adjacent to the component is moved. Near the field to be tested essentially depends only on this. Is the component z. B. due to insufficient soldering or wire break not connected to the stimulus voltage, there is strong field deviation that compared to the target state - z. B. determined by a previous one Measurement on a correctly working circuit board - are very easy to prove. Shape deviations on the component to be tested, e.g. B. imbalance, bending etc., can be detected very easily by the resulting field deviations become. Other components interfere little due to their geometrically distant position that has little influence on the field, especially when in the near field the component to be tested is measured. The measuring process does not generate emergency currents in the circuit and measurement errors caused thereby. How in the generic state of the art there is no contact with the scarf through the electrodes. No easily contactable surfaces are necessary.
Es kann über isolierten Oberflächen oder durch Kunststoffgehäuse hindurch ge messen werden, z. B. im Inneren eines in ein Kunststoffgehäuse eingebetteten ICs. Da Feldunsymmetrien besonders gut erkannt werden, löst sich sehr einfach das bisher ungelöste Problem der Erkennung falsch herum eingesetzter Elektro lytkondensatoren. Die Stimuliereinrichtung kann gesonderte Spannungen am Bauelement anlegen, z. B. Gleichspannungen, mit denen Probleme durch Kon densatoren in der Schaltung vermeidbar sind. Es sind auch Impulse, z. B. Wech selspannungen beliebiger Frequenz, verwendbar. Es kann sogar das elektrische Feld bestimmt werden, das sich über Bauelementen beim bestimmungsgemäßen Betrieb der Schaltung ergibt. Daher läßt sich die erfindungsgemäße Vorrichtung auch als Funktionstester einsetzen. Besitzt die erfindungsgemäße Feldsonde eine geeignete geometrische Auflösung, so können dabei sogar die Schaltprozesse im Inneren eines ICs betrachtet werden.It can ge over insulated surfaces or through plastic housing will measure, e.g. B. inside an embedded in a plastic housing ICs. Since field asymmetries are recognized particularly well, it is very easy to solve the hitherto unsolved problem of detecting the wrong way of using the electrical system lyt capacitors. The stimulation device can separate voltages on Create component, e.g. B. DC voltages with which problems caused by Kon capacitors in the circuit are avoidable. There are also impulses, e.g. B. Change voltage of any frequency, usable. It can even be electrical Field are determined, which are about components in the intended Operation of the circuit results. Therefore, the device according to the invention also use as a function tester. The field probe according to the invention has one suitable geometric resolution, even the switching processes in the Be considered inside an IC.
Die zweite Elektrode kann irgendwo im elektrischen Feld, z. B. weit außerhalb des Meßortes, angeordnet sein. Dann braucht nur die erste Elektrode von Meßort zu Meßort verfahren zu werden. Vorteilhaft sind jedoch die Merkmale des An spruches 2 vorgesehen. Sind beide Elektroden dem zu testenden Bauelement be nachbart, so wird das elektrische Feld im Nahbereich, in dem sehr hohe Feldstär kedifferenzen vorliegen, sehr präzise ausgemessen, ohne Beeinflussungen durch Felder anderer Bauelemente.The second electrode can be anywhere in the electrical field, e.g. B. far outside of the measuring location. Then only the first electrode from the measuring location is required to be moved to the measurement site. However, the characteristics of the An are advantageous saying 2 provided. If both electrodes are the component to be tested neighboring, so the electric field in the close range, in the very high field strength kedifferences exist, measured very precisely, without being influenced by Fields of other components.
Dabei kann in sehr einfacher Bauform die Feldsonde als Anordnung am Ende eines abgeschirmten Kabels gemäß Anspruch 3 ausgebildet sein. Es lassen sich dadurch Feldmessungen in geometrischer Auflösung bis unter 1 mm durchführen.In a very simple design, the field probe can be arranged at the end a shielded cable according to claim 3. It can be this enables field measurements with a geometric resolution of less than 1 mm.
Vorteilhaft sind die Merkmale des Anspruches 4 vorgesehen. Dadurch kann bei Messungen im Nahbereich von zu testenden Bauelementen galvanischer Kontakt mit diesen auch bei Positionierabweichungen vermieden werden, die zu stören dem galvanischen Kontakt mit der Schaltung führen würden.The features of claim 4 are advantageously provided. This can help Measurements in the close range of components to be tested galvanic contact with these can also be avoided in the event of positioning deviations that interfere would lead to galvanic contact with the circuit.
Gemäß Anspruch 5 kann vorteilhaft die erste Elektrode auch mehrere Bauele mente gleichzeitig erfassen. Bei geeigneter Stimulierung z. B. der einzelnen Bau elemente nacheinander, wobei die jeweils anderen Bauelemente, z. B. mit der Stimuliereinrichtung geerdet sind, kann mit nur einer Positionierung der ersten Elektrode eine größere Anzahl von Bauelementen gemessen werden. Dies ist ins besondere bei geometrisch und elektrisch im wesentlichen gleichen Bauelemen ten von Vorteil, wie z. B. bei Kontaktstiften eines Steckers oder bei den An schlußpins eines ICs.According to claim 5, the first electrode can advantageously also have several components capture elements simultaneously. With suitable stimulation z. B. the individual construction elements one after the other, the other components, e.g. B. with the Stimulator are grounded with only one positioning of the first Electrode a larger number of components can be measured. This is ins especially in the case of geometrically and electrically essentially identical components ten advantageous, such as. B. with contact pins of a plug or at the final pins of an IC.
Die Stimmuliereinrichtung kann eine Gleichspannung anlegen, deren elektrostati sches Feld von der erfindungsgemäßen Vorrichtung präzise ausmeßbar ist. Vor teilhaft wird jedoch gemäß Anspruch 6 eine gepulste Spannung angelegt, z. B. eine gepulste Gleichspannung oder eine Wechselspannung, die von dem Meßver stärker besser nachweisbar ist.The stimulator can apply a DC voltage, the electrostatic cal field can be precisely measured by the device according to the invention. Before however, a pulsed voltage is partially applied according to claim 6, e.g. B. a pulsed DC voltage or an AC voltage, which is from the Meßver is more detectable.
Vorteilhaft sind dabei gemäß Anspruch 7 Pulsfolgen niedriger Frequenz verwen det, die außerhalb des üblichen Frequenzbereiches liegen, in dem benachbarte Meßeinrichtungen und Computer abstrahlen.In this case, pulse sequences of low frequency are advantageously used det, which are outside the usual frequency range, in the neighboring Radiate measuring devices and computers.
Vorzugsweise wird dabei gemäß Anspruch 8 als Pulsform eine Dreieckform ver wendet. Diese hat den Vorzug, daß sie an Kapazitäten der Meßanordnung zu Rechtecken differenziert wird, welche vom Meßverstärker besser verarbeitbar sind.A triangular shape is preferably used as the pulse shape turns. This has the advantage that it increases the capacities of the measuring arrangement Rectangles are differentiated, which can be better processed by the measuring amplifier are.
Vorzugsweise unterdrückt der Meßverstärker gemäß Anspruch 9 Gleichspan nung. Elektrostatische Felder, wie sie z. B. durch elektrostatische Aufladung in der Nähe des Meßortes entstehen können und die zu Fehlmessungen führen kön nen, werden dadurch unterdrückt.Preferably, the measuring amplifier suppresses DC voltage according to claim 9 nung. Electrostatic fields, such as z. B. by electrostatic charge in the vicinity of the measurement location can arise and which can lead to incorrect measurements are suppressed.
Vorzugsweise ist der Meßverstärker gemäß Anspruch 10 derart ausgebildet, daß er vorkommende Störfrequenzen unterdrückt, wie z. B. Netzfrequenzen im 50 Hertzbereich, die von benachbarten Netzgeräten erzeugt werden oder sonstige störende Frequenzen, die in der Nähe des Meßortes abgestrahlt werden, z. B. durch Computer-CPUs im 100 Megahertzbereich, von Robotersteuermotoren und dergleichen.Preferably, the measuring amplifier is designed in such a way that it suppresses occurring interference frequencies, e.g. B. Grid frequencies in the 50th Hertz range, which are generated by neighboring power supplies or other interfering frequencies that are emitted in the vicinity of the measurement site, for. B. through computer CPUs in the 100 megahertz range, from robot control motors and the like.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der schematischen Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention is described below with reference to the schematic Figures explained using exemplary embodiments.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1a und 1b: den Test eines Kontaktstiftes auf ordnungsgemäße Verlötung mit einer Leiterbahn, Figures 1a and 1b. The test of a contact pin for proper soldering to a conductor track,
Fig. 2a und 2b: den Test zweier parallelen Leiterbahnen auf Unterbrechung einer der Leiterbahnen, Figs. 2a and 2b: the test of two parallel conductors on interruption of the conductor tracks,
Fig. 3a und 3b: den Test eines Elektrolytkondensators auf korrekte Einbau lage, Figures 3a and 3b: the test location of an electrolytic capacitor for correct installation.
Fig. 4: eine erfindungsgemäße Feldsonde in Ausbildung am Ende einer abgeschirmten Leitung mit Positioniereinrichtung und Fig. 4: a field probe according to the invention in training at the end of a shielded line with positioning device and
Fig. 5: eine erfindungsgemäße Feldsonde zum Testen aller Pins ei nes ICs in nur einer Positionierstellung. Fig. 5 shows a field probe of the invention to test all pins ei nes ICs in only one positioning position.
Fig. 1a zeigt im Schnitt eine typische Testsituation auf einer nichtleitenden Plati ne 1, auf der ein Metallstift 2, z. B. einer von mehreren Stiften einer Steckkon taktleiste befestigt ist, der mit einer Leiterbahn 3 auf der Platine durch eine Löt stelle 4 kontaktiert ist. Fig. 1a shows in section a typical test situation on a non-conductive Plati ne 1 , on which a metal pin 2 , z. B. one of several pins of a plug-in contact strip is attached, which is contacted with a conductor 3 on the circuit board by a solder 4 .
An die Leiterbahn 3 wird an einer geeigneten Kontaktstelle 5 mit einer Stimu liereinrichtung 6 eine Spannung, z. B. eine Gleichspannung von einigen Volt, an gelegt, und zwar mit einer Kontaktspitze 7, die an eine Spannungsquelle 8 ange schossen ist. Mit der zweiten Kontaktspitze 9 der Spannungsquelle 8 ist ein Lei ter 10 kontaktiert, der im Abstand zur Leiterbahn 3 liegt. Bei dem Leiter 10 kann es sich um Erde, Masse der auf der Platine 1 befindlichen Schaltung oder auch uni eine Feldplatte handeln, die irgendwo frei im Raum aufgehängt ist.On the conductor track 3 at a suitable contact point 5 with a stimulating device 6, a voltage, for. B. a DC voltage of a few volts, with a contact tip 7 , which is shot at a voltage source 8 is. With the second contact tip 9 of the voltage source 8 , a Lei ter 10 is contacted, which is at a distance from the conductor track 3 . The conductor 10 can be earth, mass of the circuit located on the circuit board 1 or even a field plate that is suspended somewhere freely in the room.
Zwischen dem Leiter 10 und der Leiterbahn 3 sowie den damit elektrisch ver bundenen Elementen, wie insbesondere dem zu testenden Bauelement in Form des Stiftes 2, bildet sich im umgebenden Raum ein elektrisches Feld aus. Ist der Leiter 10 von den Bauelementen 2 und 3 weit entfernt, so bildet sich um letztere ein im wesentlichen ungestörtes elektrisches Feld aus, dessen Feld(kraft)linien etwa so aussehen, wie in Fig. 1a dargestellt.Between the conductor 10 and the conductor track 3 and the elements electrically connected to it, such as in particular the component to be tested in the form of the pin 2 , an electric field is formed in the surrounding space. If the conductor 10 is far away from the components 2 and 3 , an essentially undisturbed electrical field is formed around the latter, the field (force) lines of which look approximately as shown in FIG. 1a.
Man sieht, daß die Feldlinien stets senkrecht zu den Leitern 2, 3 stehen. An den Leiterenden, also an Spitzen der Leiter, verlaufen die Linien divergent. An lang gestreckten Leitungsstücken verlaufen sie im wesentlichen parallel zueinander.It can be seen that the field lines are always perpendicular to the conductors 2 , 3 . At the ends of the conductors, i.e. at the tips of the conductors, the lines run divergently. On elongated pipe sections they run essentially parallel to one another.
Fig. 1b zeigt dieselbe Anordnung, jedoch bei fehlender Verlötung 4. Der Stift 2 ist hier gegenüber der Leiterbahn 3 elektrisch isoliert. Die von der Stimulierein richtung 6 an die Leiterbahn 3 angelegte Spannung liegt nicht am Stift 2 an. Der Stift 2 liegt also nur als Leiter frei im elektrischen Feld. Er beeinflußt das Feld durch Influenz, also Ladungsverschiebungen auf dem Stift 2 geringfügig. Es er gibt sich dadurch, wie dargestellt, eine völlig andere Ausbildung der Feldlinien im Bereich des Stiftes 2. Insbesondere fehlt die starke Divergenz im Bereich der oberen Spitze des Stiftes 2. FIG. 1b shows the same arrangement, but in the absence of soldering. 4 The pin 2 is electrically isolated from the conductor track 3 here. The voltage applied by the stimulation device 6 to the conductor track 3 is not applied to the pin 2 . The pin 2 is therefore only exposed as a conductor in the electrical field. It influences the field slightly due to influence, i.e. charge shifts on pin 2 . As shown, there is a completely different design of the field lines in the area of the pin 2 . In particular, the strong divergence in the area of the upper tip of the pin 2 is missing.
Wird eine Feldsonde mit einer Elektrode 11, wie dargestellt, in den Fällen der Fig. 1a und 1b in gleicher geometrischer Anordnung benachbart zum Stift 2 angeordnet, so sieht sie in den beiden dargestellten Fällen der Fig. 1a und 1b völlig unterschiedliche Feldstärken. Damit kann der dargestellte Fehler (fehlende Lötstelle 4) nachgewiesen werden. Liegen andere Fehler vor, wie beispielsweise ein elektrisch isolierender Bruch im Stift 2, z. B. innerhalb der Platine 1, oder z. B. ein Bruch in der Leiterbahn 3, so ergeben sich ähnliche, das elektrische Feld stark verzerrende Effekte, die zu sicherem Nachweis des Fehlers führen.If a field probe with an electrode 11 , as shown, is arranged adjacent to the pin 2 in the same geometrical arrangement in the cases of FIGS. 1a and 1b, it sees completely different field strengths in the two cases shown in FIGS. 1a and 1b. This enables the error shown (missing solder joint 4 ) to be demonstrated. Are there other errors, such as an electrically insulating break in pin 2 , e.g. B. within the board 1 , or z. B. a break in the conductor track 3 , there are similar effects strongly distorting the electric field, which lead to reliable detection of the error.
Da die Geometrie des Meßortes sehr stark in das Meßergebnis eingeht, kann bei exakt reproduzierter räumlicher Positionierung der Feldsonde 11 gegenüber der Platine 1 auch eine geometrische Abweichung des Stiftes 2 nachgewiesen wer den, z. B. eine Verbiegung des Stiftes, eine zu geringe Länge oder dergleichen.Since the geometry of the measurement site is very closely involved in the measurement result, a geometrical deviation of the pin 2 can also be detected with exactly reproduced spatial positioning of the field probe 11 relative to the circuit board 1 , e.g. B. a bending of the pin, a short length or the like.
Die dargestellte Feldsonde kann mit ihrer Elektrode 11 z. B. als Feldplatte ausge bildet sein, die über eine Leitung 12 mit einem Eingang eines Meßverstärkers 13 verbunden ist. Mit einer zweiten Leitung 14 ist der andere Eingang des Meßver stärkers 13 mit einer zweiten Elektrode in Form einer Feldplatte 15 verbunden, die irgendwo im Raum an anderer Stelle angeordnet ist. Liegen die erste Elektro de 11 und zweite Elektrode 15 weit auseinander, so wird das elektrische Feld im Nahfeld des Stiftes 2 allein durch die Positionierung der ersten Elektrode 11 be stimmt, während die zweite Elektrode 15 vorzugsweise in einem von der Schal tung auf der Platine 1 ungestörten Bereich liegt. Der durch die Elektroden 11 und 15 gebildete Dipol kann jedoch auch sehr kleinräumig, also mit eng benachbarten sehr kleinen Elektroden 11 und 15 ausgebildet sein und bestimmt dann hochprä zise die lokale Feldstärke am Ort der Feldsonde 11. Da ein solcher Dipol rich tungsabhängig mißt, also in Richtung der dargestellten Feldlinien eine höhere Empfindlichkeit als quer zu diesen aufweist, läßt sich die Richtung der Feldlinien bestimmen und somit das elektrische Feld sehr genau erfassen.The field probe shown can with its electrode 11 z. B. be formed as a field plate, which is connected via a line 12 to an input of a measuring amplifier 13 . With a second line 14 , the other input of the measuring amplifier 13 is connected to a second electrode in the form of a field plate 15 which is arranged somewhere else in the room. If the first electrode 11 and the second electrode 15 are far apart, the electric field in the near field of the pin 2 is determined solely by the positioning of the first electrode 11 , while the second electrode 15 is preferably in one of the circuitry on the circuit board 1 undisturbed area. The dipole formed by the electrodes 11 and 15 can, however, also be formed in a very small space, that is to say with closely adjacent, very small electrodes 11 and 15 , and then determines the local field strength at the location of the field probe 11 with high precision. Since such a dipole measures direction-dependently, that is, in the direction of the field lines shown it has a higher sensitivity than transverse to it, the direction of the field lines can be determined and thus the electric field can be detected very precisely.
Die Fig. 2a und 2b zeigen ein anderes typisches Meßproblem auf der Platine 1, die diesmal in Draufsicht dargestellt ist. Zwei Leiterbahnen 20 und 21 liegen parallel und sind von der Stimuliereinrichtung 6 mit einer Spannungsdifferenz beaufschlagt. Es bildet sich zwischen ihnen, wie Fig. 2a zeigt, eine elektrisches Feld mit parallelen Feldlinien aus. Dieses kann an der dargestellten Stelle mit der Elektrode 11 der Feldsonde bestimmt werden, die im übrigen der der Fig. 1 ent sprechen kann. FIGS. 2a and 2b show another typical measurement problem on the circuit board 1, which this time is shown in plan view. Two conductor tracks 20 and 21 lie in parallel and are subjected to a voltage difference by the stimulation device 6 . An electric field with parallel field lines forms between them, as shown in FIG. 2a. This can be determined at the point shown with the electrode 11 of the field probe, which can speak ent of the rest of FIG. 1.
In Fig. 2a ist die Leiterbahn 21 mit einer Bruchstelle 22 unterteilt in die beiden Teilstücke 21a und 21b. Nur das Teilstück 21a ist von der Stimuliereinrichtung 6 mit Spannung beaufschlagt, während das abgetrennte Teilstück 21b spannungs frei ist.In Fig. 2a, the conductor track 21 with a break 22 is divided into the two sections 21 a and 21 b. Only the section 21 a is acted upon by the stimulation device 6 , while the separated section 21 b is free of tension.
Wie Fig. 2b zeigt, bildet sich dadurch eine starke Veränderung im elektrischen Feld aus, wie die dargestellten Feldlinien anzeigen. Diese starke Abweichung im elektrischen Feld kann von der Feldsonde 11 in Vergleich zur Messung in Fig. 2a an einer ordnungsgemäß gefertigten Platine leicht erkannt werden.As shown in FIG. 2b, this leads to a strong change in the electrical field, as the field lines shown indicate. This strong deviation in the electrical field can easily be recognized by the field probe 11 in comparison with the measurement in FIG. 2a on a properly manufactured circuit board.
Die Fig. 3a und 3b zeigen einen außerordentlichen schwierigen Testfall auf der Platine 1 (im Schnitt dargestellt), nämlich einen Elektrolytkondensator 30, der zu Erläuterungszwecken stark schematisiert in älterer Bauform dargestellt ist. FIGS. 3a and 3b show an extraordinary difficult test case on the circuit board 1 (shown in section), namely, an electrolytic capacitor 30, which is shown for illustrative purposes in a highly schematic older design.
Der Elektrolytkondensator 30 weist eine äußere topfförmig das Gehäuse ausbil dende Elektrode 31 auf, die mit einer Zuleitung 32 kontaktiert ist sowie eine mit einer Zuleitung 33 kontaktierte innere Elektrode 34.The electrolytic capacitor 30 has an outer cup-shaped electrode 31 forming the housing, which is contacted with a feed line 32 and an inner electrode 34 contacted with a feed line 33 .
In Fig. 3a ist der Elektrolytkondensator 30 in korrekter Einbaulage vorgesehen. In Fig. 3b sitzt er falsch herum, also mit umgekehrter Polarität. Dies muß von der Testvorrichtung erkannt werden.The electrolytic capacitor 30 is provided in the correct installation position in FIG. 3a. In Fig. 3b he is sitting the wrong way round, that is, with reversed polarity. This must be recognized by the test device.
Zum Test wird in beiden Fällen der Kondensator 30 mit Spannung beaufschlagt, und zwar durch Kontaktierung der Zuleitungen 32 und 33 mit einer nicht darge stellten Stimuliereinrichtung, z. B. der Stimuliereinrichtung 6 der Fig. 1. Es ergibt sich dabei in der Umgebung des Elektrolytkondensatoren 30 jeweils ein elektri sches Feld mit Feldlinien, wie sie in Fig. 3a und 3b dargestellt sind. Man er kennt, daß die Feldlinien in dem Bereich des Elektrolytkondensators 30, in dem die Zuleitung 33 mit der inneren Elektrode 34 kontaktiert ist, mit hoher Dichte, also hoher Feldstärke, aus der Öffnung der abschirmenden topfförmigen äußeren Elektrode 31 austreten, im Abstand von dieser Stelle jedoch eine sehr geringere Feldstärke herrscht. Wird in den beiden Fällen der Fig. 3a und 3b die bereits erwähnte Feldsonde 11 in derselben geometrischen Anordnung benachbart zum Elektrolytkondensator 30 angeordnet, so ergibt sich in den beiden dargestellten Fällen der Fig. 3a und 3b eine extrem unterschiedliches Meßergebnis, völlig im Gegensatz zu allen anderen bekannten Testvorrichtungen, die im dargestellten Beispiel eines verkehrt eingebauten Elektrolytkondensators nur sehr geringe Me ßergebnisse ergeben. Mehrere Messungen mit vertauschter Stimuluspolarität sind nicht erforderlich.For the test, the capacitor 30 is subjected to voltage in both cases, by contacting the leads 32 and 33 with a stimulating device, not shown, z. B. The stimulation device 6 of FIG. 1. This results in the vicinity of the electrolytic capacitors 30 in each case an electrical field with field lines, as shown in FIGS . 3a and 3b. It is known that the field lines in the region of the electrolytic capacitor 30 , in which the lead 33 is contacted with the inner electrode 34 , emerge with a high density, that is to say a high field strength, from the opening of the shielding cup-shaped outer electrode 31 at a distance from it However, there is a very low field strength. Is adjacent in the same geometrical arrangement in the two cases of FIGS. 3a and 3b, the aforementioned field probe 11 for electrolytic capacitor 30, the Figure results in the two cases shown. 3a and 3b, an extremely different measurement result is totally contrary to all other known test devices that result in the example shown of a wrongly installed electrolytic capacitor only very low measurement results. Several measurements with reversed stimulus polarity are not necessary.
Fig. 4 zeigt ein Beispiel für eine Feldsonde mit einem räumlich sehr kleinen, also die Feldgeometrie hoch auflösenden Dipol. Die Feldsonde ist am Ende eines ab geschirmten Kabels 40 vorgesehen. Dabei werden die beiden Pole des Dipols von der äußeren Abschirmung 41 und dem aus dem Ende des abgeschirmten Kabels 40 heraussragenden Innenleiter 42 gebildet. Wird ein sehr dünnes abgeschirmtes Kabel mit einem Gesamtdurchmesser von unter z. B. 1 mm verwendet, so läßt sich eine Dipolfeldsonde mit einem Abstand der beiden Pole im Bereich unter 1 mm erzeugen, mit der elektrische Felder mit entsprechend kleiner geometrischer Auflösung vermessen werden können. FIG. 4 shows an example of a field probe with a spatially very small dipole, that is, the field geometry with a high resolution. The field probe is provided at the end of a shielded cable 40 . The two poles of the dipole are formed by the outer shield 41 and the inner conductor 42 protruding from the end of the shielded cable 40 . If a very thin shielded cable with a total diameter of less than z. B. 1 mm used, a dipole field probe can be generated with a distance between the two poles in the range below 1 mm, with which electric fields can be measured with a correspondingly small geometric resolution.
Fig. 4 zeigt ferner eine Positioniereinrichtung 43, die mit nicht dargestellten Ein richtungen in den dargestellten drei Raumrichtungen verstellbar ist und die mit einem Arm 44 und einer Klammer 45 den Endbereich des abgeschirmten Kabels 40, also die Feldsonde, trägt. Mit der Positioniereinrichtung 43 kann die Feldson de im elektrischen Feld um Bauelemente genau positioniert werden. Fig. 4 also shows a positioning device 43 , which is adjustable with a device not shown in the three spatial directions shown and with an arm 44 and a bracket 45 carries the end region of the shielded cable 40 , ie the field probe. With the positioning device 43 , the Feldson de can be positioned precisely in the electrical field around components.
Das abgeschirmte Kabel 40 ist an seinem der Feldsonde abgewandten Ende mit seiner Abschirmung 41 und seinem Innenleiter 42 an die beiden Eingänge des bereits erwähnten Meßverstärkers 13 angeschlossen, der die Spannung zwischen den Elektroden 42 und 41 mitbestimmt, wobei sein Eingang sehr hochohmig sein muß, um das Feld nicht zu sehr zu belasten.The shielded cable 40 is connected at its end facing away from the field probe with its shield 41 and its inner conductor 42 to the two inputs of the measuring amplifier 13 already mentioned, which also determines the voltage between the electrodes 42 and 41 , its input having to be very high-resistance in order to not to burden the field too much.
Fig. 5 zeigt in perspektivischer Ansicht einen handelsüblichen IC 50 mit An schlußpins 51, die in einer Reihe angeordnet sind. Es soll getestet werden, ob die Pins 51.1-51.6 ordnungsgemäß mit Leiterbahnen 52 der Platine 1 verlötet sind, wobei die Lötstellen entsprechend den Lötstellen 4 in Fig. 1a ausgebildet sein könnten. Fig. 5 shows a perspective view of a commercially available IC 50 with connection pins 51 , which are arranged in a row. It is to be tested whether the pins 51.1-51.6 are properly soldered to conductor tracks 52 of the circuit board 1 , it being possible for the soldering points to be designed corresponding to the soldering points 4 in FIG. 1a.
Zur Zeit soll der Pin 51.4 auf ordnungsgemäße Verlötung getestet werden. Es wird die bereits beschriebene Stimuliereinrichtung 6 angelegt, die mit einer Kontaktspitze 7 die Leiterbahn zum Pin 51.4 kontaktiert und mit ihrem anderen Pol mit eitler Reihe paralleler Kontaktspitzen 9.1-9.5 alle anderen Leiterbahnen 52 mit dem anderen Pol der Spannungsquelle 8 verbindet. An den Pin 51.4 wird also eine Spannung angelegt gegen alle anderen Pins.Pin 51.4 is currently being tested for proper soldering. It is applied the stimulus means already described 6 which contacts with a contact tip 7, the conductor track to the pin 51.4 and all other interconnects connecting with its other pole with vain series of parallel contact tips 9.1-9.5 52 to the other pole of the voltage source. 8 A voltage is therefore applied to pin 51.4 against all other pins.
Die Testvorrichtung weist im Ausführungsbeispiel der Fig. 5 zwei Elektroden 53 und 54 auf, die durch eine Isolierung 55 getrennt sind und über verdrillte Zulei tungen an den bereits diskutierten Meßverstärker 13 angeschlossen sind. Wie aus Fig. 5 ersichtlich, erstrecken sich die beiden Elektroden 53 und 54 großflächig über den gesamten IC 50, liegen also allen Pins 51.1-51.6 gleichermaßen be nachbart. Das durch Anlegen einer Spannung mit der Stimuliereinrichtung 6 an den Pins erzeugte elektrische Feld kann von den Elektroden 53 und 54 erfaßt und mit dem Meßverstärker 13 nachgewiesen werden. Wie die Fig. 5 zeigt, ergibt sich dabei im wesentlichen dasselbe Feld bei unterschiedlicher Beschaltung der Pins. Es kann also jeder der Pins 51.1-51.6 nacheinander mit der Kontaktspitze 7 der Stimuliereinrichtung 6 verbunden werden, wobei jeweils alle übrigen Pins mit den Kontaktspitzen 9.1-9.5, also dem anderen Ausgang der Spannungsquelle 8, verbunden sind. Auf diese Weise können in derselben Weise, wie zu den Fig. 1a und 1b beschrieben, alle Pins 51.1-51.6 nacheinander auf ordnungsgemäße Verlötung mit ihren Leiterbahnen 52 untersucht werden. Die Elektrodenanord nung 53, 54 braucht dabei nicht jeweils neu positioniert zu werden, was den Test ablauf wesentlich vereinfacht.In the exemplary embodiment in FIG. 5, the test device has two electrodes 53 and 54 , which are separated by insulation 55 and are connected to the measuring amplifier 13 already discussed via twisted cables. As can be seen from Fig. 5, the two electrodes 53 and 54 extend over a large area over the entire IC 50 , so are all pins 51.1-51.6 equally adjacent. The electrical field generated by applying a voltage with the stimulation device 6 to the pins can be detected by the electrodes 53 and 54 and detected by the measuring amplifier 13 . As FIG. 5 shows, this essentially results in the same field with different wiring of the pins. Each of the pins 51.1-51.6 can thus be connected in succession to the contact tip 7 of the stimulation device 6 , all the other pins being connected to the contact tips 9.1-9.5 , that is to say the other output of the voltage source 8 . In this way, in the same way as described for FIGS . 1a and 1b, all pins 51.1-51.6 can be examined one after the other for proper soldering with their conductor tracks 52 . The electrode arrangement 53 , 54 does not need to be repositioned, which considerably simplifies the test procedure.
Mit dem Testaufbau gemäß Fig. 5 können auch andere ähnliche Strukturen unter sucht werden, z. B. in Reihenanordnung stehende Stifte einer Steckerleiste und dergleichen.With the test setup according to FIG. 5, other similar structures can also be searched, for. B. standing in a row pins of a power strip and the like.
Der in den diskutierten Ausführungsformen beschriebene Meßverstärker 13 muß zur Messung sehr kleiner Feldstärken ausgebildet sein. Er muß also sehr kleine Spannungen, z. B. im µV-Bereich nachweisen können. The measuring amplifier 13 described in the embodiments discussed must be designed to measure very small field strengths. So he must have very low voltages, e.g. B. in the µV range.
Bei der Konstruktion des Meßverstärkers 13 ist zu berücksichtigen, daß am Meß ort störende Fremdfelder vorliegen körnen, die sich dem Feld das von dem zu testenden Bauelement erzeugt wird, überlagern. Solche Felder können z. B. Fre quenzen im Netzfrequenzbereich haben, also z. B. von benachbarten Transfor matoren stammen. Außerdem können benachbart aufgestellte Computer sehr starke Störungen im Bereich z. B. 100 Megahertz erzeugen. Solche bekannten Störfrequenzen können durch geeignete Filtereinrichtungen im Meßverstärker 13 unterdrückt werden.When designing the measuring amplifier 13 , it should be taken into account that there may be interfering external fields at the measuring location which overlap the field that is generated by the component to be tested. Such fields can e.g. B. Fre frequencies in the network frequency range, so z. B. originate from neighboring transformers. In addition, adjacent computers can have very strong interference in the area of e.g. B. generate 100 megahertz. Such known interference frequencies can be suppressed by suitable filter devices in the measuring amplifier 13 .
Es können aber auch starke Gleichfeldstörungen vorliegen, z. B. durch elektrosta tische Felder, die beispielsweise von elektrostatischer Aufladung herrühren. Da her unterdrückt der Meßverstärker 13 vorteilhaft auch Gleichspannung.But there may also be strong DC interference, e.g. B. by electrostatic fields, which come for example from electrostatic charging. Since the measuring amplifier 13 advantageously also suppresses DC voltage.
Bei Gleichspannungsunterdrückung am Meßverstärker 13 muß das zu messende, vom Bauelement abgestrahlte Feld gepulst sein. Die Stimuliereinrichtung 6 ist dabei zum Anlegen von Impulsen ausgebildet, die in Form von Gleichspan nungsimpulsen. Wechselspannungsimpulsen oder auch als sinusförmige Wech selspannung verwendbar sind. Diese haben dann vorzugsweise Frequenzen im unteren Frequenzbereich, also unter z. B. 100.000 Hz, da in diesem niedrigen Frequenzbereich weniger Störfrequenzen auftreten.With DC voltage suppression at the measuring amplifier 13 , the field to be measured, emitted by the component, must be pulsed. The stimulating device 6 is designed to apply pulses, the voltage pulses in the form of DC voltage. AC voltage pulses or as a sinusoidal AC voltage can be used. These then preferably have frequencies in the lower frequency range, i.e. below z. B. 100,000 Hz, since fewer interference frequencies occur in this low frequency range.
In besonders bevorzugter Ausbildung liefert die Stimuliereinrichtung 6 Dreieck impulse, die nach Differenzierung an Kapazitäten im Meßaufbau Rechteck impulse ergeben, welche vom Meßverstärker 13 besonders einfach nachweisbar sind.In a particularly preferred embodiment, the stimulation device 6 supplies triangle pulses which, after differentiation in capacitances in the measurement setup, result in rectangular pulses which are particularly easy to detect by the measurement amplifier 13 .
Wenn beispielsweise die in Fig. 4 dargestellte Feldsonde, die zur sehr kleinräu migen Ausmessung des elektrischen Feldes geeignet ist, im Nahbereich eines zu testenden Bauelementes, z. B. des Stiftes 2 in Fig. 1a, positioniert wird und das Feld in unmittelbarer Nähe des Bauelementes bestimmt werden soll, kann es bei Fehlpositionierungen zu galvanischem Kontakt der Elektrode 42 mit dem Stift 2 kommen. Dies würde zu Fehlmessungen führen. Daher kann in nicht dargestellter Weise diese Elektrode oder auch beide Elektroden 42 und 41 mit einem Isolier überzug versehen sein, der die Feldmessung nicht stört, jedoch elektrisch leiten den Kontakt verhindert.If, for example, the field probe shown in Fig. 4, which is suitable for very small-scale measurement of the electric field, in the vicinity of a component to be tested, for. B. the pin 2 in Fig. 1a, and the field is to be determined in the immediate vicinity of the component, it can come to incorrect positioning of the electrode 42 with the pin 2 in the event of incorrect positioning. This would lead to incorrect measurements. Therefore, in a manner not shown, this electrode or both electrodes 42 and 41 can be provided with an insulating coating that does not interfere with the field measurement, but prevents electrical contact.
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